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Con la fuerza de las renovables

La energía eólica y energía la solar fotovoltaica seguirán ampliando su participación en la matriz eléctrica brasileña durante los próximos años

Parque de energía eólica en el interior de Bahía: el país posee 750 centrales que generan electricidad a partir de la fuerza de los vientos

STATKRAFT

Uno de los mayores parques eólicos de América del Sur comenzó a funcionar en junio de este año en pleno sertón del estado brasileño de Piauí. El complejo denominado Lagoa dos Ventos, ubicado a 500 kilómetros (km) al sur de la capital estadual, Teresina, está compuesto por 230 aerogeneradores instalados en el extremo superior de otras tantas torres de 118 metros (m) de altura, que se encargan de transformar la fuerza de los vientos en electricidad. La obra, fruto de una inversión por valor de 3.000 millones de reales a cargo de la empresa italiana Enel Green Power, generará 3,3 teravatios-hora (TWh) de energía por año, un volumen suficiente como para abastecer a 1,6 millones de hogares. La energía limpia y renovable generada en este emplazamiento evitará la emisión de más de 1,9 millones de toneladas de dióxido de carbono (CO2) hacia la atmósfera, en comparación con una central termoeléctrica, según informó la compañía. Una ampliación en curso, aún sin fecha para entrar en operación, elevará la capacidad actual de generación a 5 TWh anuales.

Al momento de su inauguración, el complejo eólico piauiense se sumó a otras 750 centrales similares en funcionamiento en el país, el 90 % de las cuales están ubicadas en la región del nordeste. Según la Asociación Brasileña de Energía Eólica (AbEEólica), esta infraestructura, compuesta por 8.800 generadores, produjo el año pasado energía para atender la demanda de 28,8 millones de hogares, lo que equivale a 86,4 millones de personas. A partir de 2019, la fuente eólica es la segunda en importancia dentro de la matriz eléctrica nacional y la que más se ha expandido. Con 20 gigavatios (GW) de potencia operacional instalada, solo está detrás de la energía hidroeléctrica, que suministra unos 103 GW.

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“Brasil fue el año pasado el tercer país del mundo en cuanto a nuevas instalaciones eólicas para generar energía”, informa Elnia Gannoum, presidenta ejecutiva de la AbEEólica. En 2020, se inauguraron 66 parques nuevos y, este año, hasta el mes de noviembre, comenzaron a operar otros 54. “Fuimos responsables del 43 % de la nueva capacidad instalada que se ha sumado a la matriz brasileña y ya ocupamos el 7º puesto en el ranking mundial de la generación de energía eólica”. El potencial de generación del país se estima en unos 500 GW, una cantidad suficiente como para atender el triple de la demanda energética actual de los brasileños. Esta cifra es tres veces superior al parque eléctrico nacional actual, sumando todas las fuentes disponibles (hidroeléctrica, solar, biomasa, gas natural, gasoil, carbón mineral y nuclear).

Si bien es limpia y renovable, la energía eólica causa impactos ambientales y sociales: altera el paisaje en donde está instalada, las turbinas generan ruidos, generando molestias a las comunidades vecinas, y sus aspas ponen en riesgo a las aves y a los murciélagos que habitan en la región. Los retos tecnológicos a los que hay que hacer frente están relacionados con la intermitencia de la generación y la dificultad para almacenar la energía generada en los parques (véase el artículo).

Una de las novedades del sector es el proyecto de instalación que tendrá lugar en los próximos años de los primeros dos parques eólicos en el mar, lo que se ha llamado generación offshore, que ya está en funcionamiento en otros países, tales como el Reino Unido, Alemania y China. El gobierno del estado de Rio Grande do Norte firmó en septiembre un memorándum de entendimiento con la empresa Internacional Energias Renováveis (IER) y quiere ser el estado brasileño pionero en cuanto a la generación de energía a partir de turbinas instaladas en alta mar. El Complejo Eólico Offshore Ventos Potiguar estará constituido por cinco centrales con 207 aerogeneradores, ubicado a 8 km de la costa, con una capacidad instalada de 2,7 GW.

Alexandre Affonso

“Aunque son más costosos que los proyectos onshore (en tierra), los parques marinos poseen mayor eficiencia en términos de generación energética, pues los vientos marinos soplan con mayor intensidad y de manera más uniforme, sin obstáculos. Se trata de proyectos que necesitan una gran escala para ser viables”, dice el ingeniero naval Alexandre Nicolaos Simos, del Departamento de Ingeniería Naval y Oceánica de la Escuela Politécnica de la Universidad de São Paulo (Poli-USP). “Además, causan menos problemas de ruido y contaminación visual, aunque pueden llegar a afectar al ecosistema marino”.

El año pasado, el Instituto Brasileño de Medio Ambiente y Recursos Naturales Renovables (Ibama) lanzó un pliego de condiciones para la concesión de licencias ambientales en alta mar. “Hasta el mes de septiembre habían sido presentados 23 proyectos a la agencia, la mayoría en el nordeste y algunos en Río de Janeiro y Rio Grande do Sul. En conjunto, suman casi 50 GW de capacidad instalada”, relata Simos.

El investigador lidera un grupo que se dedica, con el apoyo de la FAPESP, al desarrollo de generadores eólicos offshore flotantes. La mayoría de las turbinas marinas operativas en la actualidad son del tipo fijo, dotadas de pilares anclados al lecho marino. Esta es una tecnología que funciona en aguas poco profundas, cerca de la costa. Los dispositivos flotantes, montados sobre plataformas ancladas con líneas de amarre, son más adecuadas para profundidades mayores, superiores a los 60 m, habituales en sitios más remotos de la Tierra (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 290).

El Plan Decenal de Energía (PDE) 2030, elaborado por la Empresa de Investigación Energética del Ministerio de Minería y Energía (EPE-MME), apunta que la eólica offshore es una de las candidatas para expandir la capacidad de generación eléctrica en el país. En rigor, Brasil todavía no cuenta con una legislación que regule la explotación energética en el mar, pero el Congreso Nacional está debatiendo un proyecto de ley presentado por el senador Jean Paul Prates (Partido de los Trabajadores de Rio Grande do Norte, PT-RN) que propone un marco legal para la actividad. “Estos nuevos proyectos comenzarán a plasmarse tan pronto como el país defina cuáles son las condiciones para su implementación”, explica Simos.

Otra fuente renovable con marcada presencia en el sistema eléctrico nacional es la biomasa, principalmente la derivada de las centrales de producción de azúcar y alcohol. “La biomasa en general representó en octubre de este año el 9 % de la matriz eléctrica, con 15 GW instalados; más que una central como la de Itaipú. Fue la cuarta fuente en importancia de la matriz eléctrica, por detrás de la energía hidroeléctrica [el 60 %], la eólica [el 11 %] y el gas natural [el 9,4 %]”, dice Zilmar José de Souza, gerente de bioelectricidad de la Unión de la Industria de la Caña de Azúcar (Unica).

Fabio Colombini El complejo solar de Pereira Barreto (São Paulo), con 600.000 módulos solaresFabio Colombini

En el país hay 589 usinas termoeléctricas (UTE) que funcionan con biomasa. El bagazo de la caña de azúcar es su insumo principal, con el cual se produce más del 80 % de la bioelectricidad suministrada por la red. Le siguen el licor negro, un residuo de la industria del papel y la celulosa, con el 11 %, y el biogás, con el 3,6 %. “El sector del azúcar y energía cuenta con 411 UTE operando comercialmente, que en la actualidad suministran 12 GW de potencia”, dice De Souza.

Los primeros estudios realizados en el país con la mira puesta en la reutilización de los residuos de la industria del azúcar y el etanol para la generación de bioenergía se remontan a más de tres décadas atrás (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 286). Para la bioquímica Glaucia Mendes Souza, del Instituto de Química de la USP y miembro de la coordinación del Programa FAPESP de Investigación en Bioenergía (Bioen), uno de los retos del sector pasa por diversificar la base de la biomasa destinada a la producción de energía. “Hoy en día, el residuo principal es el bagazo de la caña, pero el potencial por explotarse es enorme”, declara, citando como ejemplos a los residuos domiciliarios urbanos, la vinaza y los residuos forestales, como así también los de las industrias cárnica y láctea. “Existen proyectos de nuevas biorrefinerías flexibles que podrían funcionar con diferentes tipos de biomasa”.

Según la bioquímica, aunque los residuos de la industria del azúcar y el etanol son abundantes en el país, la diversificación de la base de la biomasa aporta valor agregado a otras cadenas productivas y eleva la seguridad energética. “Debe recordarse que el uso de residuos va más allá de la producción de electricidad, pudiendo cubrir otras demandas suministrando biogás, biometano y calor”. El hallazgo de fuentes alternativas reviste importancia porque el bagazo y la paja de la caña también se utilizan para la producción de etanol de 2ª generación, lo que puede generar una competencia por el insumo.

Zilmar de Souza, de Unica, destaca la importancia de la bioelectricidad para el equilibrio del Sistema Interconectado Nacional (SIN). “El potencial técnico de la generación de bioelectricidad para la red, con base en los datos de la zafra 2020-2021, puede estimarse en 151 TWh. Si se considera que la generación de energía a partir del azúcar del año pasado suministró a la red 22,6 TWh, estamos aprovechando solamente el 15 % de nuestro potencial”.

Actualmente en la retaguardia entre las fuentes renovables en Brasil, la energía solar fotovoltaica es la que más crecerá durante los próximos años. Un estudio de la EPE indica que la capacidad instalada en el país para el año 2030 podría llegar a 8,3 GW, algo menos del doble de la actual. Esto se debe, en gran medida, al abaratamiento del precio promedio de esta fuente, hoy en día, uno de los más bajos del país. “Es más barata que la hidroeléctrica y que las termoeléctricas producidas con combustible fósil o biomasa. Y compite de igual a igual con la eólica”, afirma Rodrigo Sauaia, presidente ejecutivo de la Asociación Brasileña de Energía Solar Fotovoltaica (Absolar). Según él, el potencial técnico de la energía solar en el país es de 28.500 GW en los grandes parques y de 164 GW en los tejados domiciliarios.

En la última subasta para la compra de energía promovida por la Asociación Nacional de Energía Eléctrica (Aneel), en el mes de septiembre, el magavatio-hora (MWh) de energía solar fotovoltaica cotizó a 166,90 reales, un valor apenas superior al de la eólica (160,40 reales) y por debajo del precio de la hidroeléctrica (174,30 reales). En el mismo concurso, el costo de la energía generada en las centrales termoeléctricas alimentadas con biomasa se fijó en 271,30 reales.

Pierre Duarte/Folhapress  Polvo de caña de azúcar para quemar en la termoeléctrica de Sebastianópolis do Sul (São Paulo)Pierre Duarte/Folhapress 

La energía solar del país se divide en dos segmentos principales. Las centrales de gran porte, responsables de lo que se denomina generación centralizada, más que nada son el resultado de contrataciones del gobierno federal en subastas y, recientemente, de la compra directa concretada en el mercado por los grandes consumidores de energía eléctrica. Este segmento produce 4,3 GW, el 2,3 % de la matriz eléctrica nacional. “Todavía es un porcentaje pequeño, pero va en aumento y continuará creciendo”, dice Sauaia.

El otro segmento, el de la generación distribuida, está representado por alrededor de 800.000 consumidores que producen su propia energía a partir de módulos solares instalados en los techos de sus hogares y comercios, así como en pequeños lotes de terrenos. Este segmento, cuyas cifras no se consideran para el cálculo de la matriz eléctrica, suma 7,3 GW de potencia instalada. “Una de las particularidades de la generación solar distribuida es que la misma es fruto de la inversión directa de la propia sociedad y, en forma capilar, se encuentra presente en todo el territorio nacional”, comenta el físico Roberto Zilles, coordinador del Laboratorio de Sistemas Fotovoltaicos del Instituto de Energía y Medio Ambiente (IEE) de la USP. “Además de aliviar la demanda a los embalses de las hidroeléctricas, ayuda a diversificar la matriz”.

Zilles coordina un proyecto conjunto con el ingeniero metalúrgico y de materiales Ricardo Rüther, del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad Federal de Santa Catarina (UFSC), cuyo objetivo consiste en evaluar la eficiencia energética de un nuevo tipo de teja solar, diseñada para reemplazar a los paneles convencionales con células de silicio instalados en los tejados. “Esta investigación, solicitada por una empresa, comenzó en enero de 2020 con un tipo de teja de hormigón para viviendas, denominada tégula, y luego se amplió también a las tejas de fibrocemento”, explica Rüther. Estas últimas miden 1,20 por 2,10 metros, poco más que los módulos solares convencionales.

Zilles explica que esas tégulas y las tejas de fibrocemento están equipadas con un dispositivo fotovoltaico, que se encarga de transformar la luz solar en electricidad. En el laboratorio, los investigadores realizan pruebas para saber si cumplen con las normas establecidas por organismos técnicos como el Instituto Nacional de Metrología, Calidad y Tecnología (Inmetro). Las tégulas se encuentran disponibles en el mercado desde el mes de agosto, pero a las tejas de fibrocemento aún les falta un tiempo para salir a la venta. “Los test se prolongarán durante el año venidero. No conozco nada parecido a ellas en el mercado internacional”, subraya Rüther.

El investigador catarinense también coordina un estudio centrado en la reutilización de las baterías usadas de los automóviles eléctricos para almacenar la energía producida en las instalaciones solares. “Dentro de algunos años el mercado estará abarrotado de baterías usadas en los vehículos eléctricos, que con el tiempo, pierden eficacia para su uso original, pero pueden aprovecharse para almacenar la energía generada en las centrales solares y eólicas”, dice Rüther.

Otra investigación que se llevó a cabo en la UFSC está centrada en el estudio de módulos solares móviles –que acompañan la trayectoria del sol– y bifaciales, capaces de generar energía eléctrica en ambas caras. “Las primeras centrales de generación central construidas en el país, en 2017, utilizaban paneles solares fijos montados en una estructura metálica. Las investigaciones indicaron que si se hacía un seguimiento de los rayos solares a lo largo del año, esto podría generar un incremento del 30 % en la producción. La capacidad de captar la radiación solar en las dos caras del módulo, a su vez, aumentaría la generación entre un 5 % y un 10 % más”, relata Rüther.

Según él, el uso de rastreadores solares y módulos bifaciales constituye una tendencia mundial. Aquí en Brasil, la suma de esas ventajas ayudó a bajar el precio de la energía generada a partir de la radiación solar. “Actualmente, el 100 % de los nuevos parques solares brasileños se monta con estas tecnologías”.

Proyectos
1. Modelado y simulación numéricos aplicados a la energía eólica – parte de la propuesta HPCWE presentada a la convocatoria H2020-FETHPC-2018-2020 (nº 19/01507-8); Modalidad Ayuda de Investigación – Regular; Convenio Unión Europea (Horizonte 2020); Investigador responsable Bruno Souza Carmo (USP); Inversión R$ 167.969,20
2. Implicaciones de la expansión e intensificación del cultivo de la caña de azúcar en los servicios ecosistémicos del suelo (nº 18/09845-7); Modalidad Ayuda de Investigación – Regular; Investigador responsable Maurício Cherubin (USP); Inversión R$ 159.412,61

Artículo científico
CHERUBIN, M. et al. Land use and management effects on sustainable sugarcane-derived bioenergy. Land. 15 ene. 2021.

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